雷電是日常生活中常見的天氣現(xiàn)象之一，但由于發(fā)生雷電時產(chǎn)生的電效應(yīng)、熱效應(yīng)及電磁場效應(yīng)等，使得建筑物遭受破壞，人畜傷亡事故，通信電力設(shè)備損壞事件頻發(fā)，雷電災(zāi)害已經(jīng)被聯(lián)合國列為“最嚴重的十種自然災(zāi)害之一”，給人們的生產(chǎn)和生活造成了巨大的威脅。如何有效的減少雷電災(zāi)害給人民生活和社會生產(chǎn)造成的損失，成為了人們迫切需要解決的難題[1]。

　　摘要：目前針對雷電預(yù)警的方法主要是基于大氣電場與閃電定位的探測技術(shù)，該項技術(shù)在國內(nèi)的起步較晚但發(fā)展迅速，已被許多行業(yè)廣泛應(yīng)用。本文通過簡要介紹大氣電場儀及閃電定位儀的工作原理，結(jié)合其主要的應(yīng)用，探討了其在民用航空領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

　　關(guān)鍵詞：大氣電場,閃電定位,雷電預(yù)警,民用航空

　　0概述

　　國外針對雷電預(yù)警的研究開展較早也有許多成熟的應(yīng)用產(chǎn)品；國內(nèi)雖起步較晚，但發(fā)展迅速。隨著科學的不斷進步，針對雷電的探測技術(shù)已經(jīng)歷過幾代的發(fā)展，目前，基于大氣電場與閃電定位的探測技術(shù)是較為成熟的雷電預(yù)警方法。

　　1大氣電場儀工作原理

　　利用導體在電場中產(chǎn)生感應(yīng)電荷的原理，大氣電場儀傳感器由定片和動片組成，動片的旋轉(zhuǎn)使定片的感應(yīng)電荷轉(zhuǎn)換為和大氣電場成正比的電壓量。電場儀處理并顯示電場值，電場值經(jīng)通信線路傳送至計算機進行處理，以直觀的曲線形式顯示給使用者[2]。

　　2閃電定位儀工作原理

　　閃電定位儀是探測閃電發(fā)生的強度、方向、頻率及其變化的儀器，通過自動探測閃電輻射的聲、光、電磁場特性等閃電放電參數(shù)，將實時檢測到的數(shù)據(jù)進行交匯處理并顯示，可全天候、長期、連續(xù)運行并記錄雷電發(fā)生的時間、位置、強度和極性等指標[3]。

　　3基于大氣電場與閃電定位技術(shù)的雷電預(yù)警

　　方法應(yīng)用

　　大氣電場儀雖然能夠?qū)崿F(xiàn)對局地雷電的監(jiān)測和短時預(yù)警，實時反映當?shù)乩子暝频幕顒訝顩r，但缺乏直觀性，不知道雷電發(fā)生的具體方位，若僅利用大氣電場儀資料將使雷電預(yù)警錯報率大大提高。閃電定位技術(shù)可以確定閃電的空間位置，但對于尚未發(fā)生雷電的云沒有任何響應(yīng)，也無法探測到閃電形成前云中電荷的演變過程，記錄不到雷云早期出現(xiàn)的云閃[4?5]。正因為兩種技術(shù)在應(yīng)用上具有互補的特性，因此，基于大氣電場與閃電定位技術(shù)的方法在雷電預(yù)警領(lǐng)域顯示出極大的優(yōu)勢。

　　雷電預(yù)警技術(shù)主要是在雷擊發(fā)生之前的10～30min左右發(fā)出警告訊號，提醒或告知那些在野外作業(yè)的人員及時采取適當?shù)拇胧┍芾住＠纂婎A(yù)警的作用不止是在防范人身安全，在其他領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用[6?7]。最常應(yīng)用的主要有常規(guī)氣象業(yè)務(wù)預(yù)報、電力系統(tǒng)安全、工廠設(shè)備、森林雷擊火預(yù)警、航空航天保障、建筑施工、油庫、旅游景點、體育娛樂場所和礦區(qū)等重要場所的雷暴檢測和預(yù)報[8?9]。

　　4雷電預(yù)警技術(shù)在民用航空中的應(yīng)用

　　民用航空是雷電預(yù)警技術(shù)應(yīng)用中一個重要的方面，這其中不僅關(guān)系到民用機場的選址、建設(shè)、配套設(shè)備的安裝調(diào)試等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)；更重要的是對民用機場運營過程中航線制定、運行監(jiān)督以及飛行安全保障等提供強有力的支持。

　　4.1雷電對民用航空運行的影響

　　在正常的民用航空運營中，天氣是影響航空系統(tǒng)各方面正常運行的主要因素，而雷電是各天氣因素中對飛行安全有重要影響的部分。有效的雷電預(yù)警可以在預(yù)定飛行計劃、監(jiān)視飛行路徑、機場起降及地勤支持服務(wù)等方面給予民用航空更好的安全飛行保障[10]。

　　在國外的民用航空機場，許多已建立完善的雷電探測系統(tǒng)，為航行安全提供強有力保障；國內(nèi)也有少部分機場投入了這方面的研究。揭陽潮汕機場地處亞熱帶，屬海洋性季風氣候，經(jīng)常性的雷雨天氣成為影響航班飛行安全的重要因素，為更好的防范雷電災(zāi)害對航班的影響，中國民用航空汕頭空中交通管理站（以下簡稱民航汕頭空管站）率先從加拿大引進了三套大氣電場儀及閃電定位儀。

　　4.2雷電預(yù)警系統(tǒng)檢測雷電發(fā)展的過程

　　民航汕頭空管站此次引進的每套設(shè)備都有由Boltek公司生產(chǎn)的EFM?100型大氣電場儀和LD?350型閃電定位儀組成，該電場儀能夠?qū)Υ蟾?0km范圍內(nèi)的閃電變化進行告警，而閃電定位儀則可對設(shè)備大概500km范圍內(nèi)發(fā)生的閃電進行記錄。三套設(shè)備分別安裝于本場、萊蕪雷達站和大洋雷達站，形成一個三角型覆蓋區(qū)域。設(shè)備投入使用半年來，各用戶均反映該設(shè)備靈敏度高，在雷暴來臨前可以起到很好的預(yù)警作用。圖1所展示的是2013年6月23日午后13時35分左右到14：00左右，大氣電場儀檢測到的發(fā)生在揭陽潮汕機場附近的一次雷電過程。

　　由圖1可以看出在13：00左右電場儀檢測到有一個負向增大的電場，該電場在13：30達到最大值-12kV/m，然后有一個很強的正向突變，之后的短短數(shù)分鐘又有另外一次強度相近的跳變，跳變過后的13：42左右電場強度逐漸恢復(fù)到正常狀態(tài)，后面的場強變化都趨于平緩。

　　圖2中顯示的是在大氣電場儀檢測到電場突變后，閃電定位儀檢測到的閃電，如圖2上紅色箭頭所指即為閃電發(fā)生的位置，大概處于機場跑道的北面。此時，閃電定位儀檢測到本場閃電的時間為13：49，距離大氣電場儀檢測到電場強突變已過去大約20min。也就是說，通過該雷電預(yù)警設(shè)備，可提前20min預(yù)知本次閃電的發(fā)生。

　　圖3～圖6所示為本場雷達的PPI圖，由雷達圖可以看出在13：33左右，本場附近有較強的回波出現(xiàn)，在將近半小時后，強的回波已經(jīng)遠離，不再影響本場。通過對天氣多普勒雷達回波的分析，很好地印證了大氣電場儀和閃電定位儀的監(jiān)測結(jié)果。

　　4.3雷電預(yù)警在民用航空應(yīng)用中的優(yōu)勢與局限

　　由以上雷電監(jiān)測結(jié)果可以看出，大氣電場儀對于空間電場變化反應(yīng)靈敏，對雷電預(yù)警作用明顯，但由于其探測不具方向性，因而無法具體預(yù)知雷電變化。閃電定位儀能夠鎖定具體的閃電發(fā)生方位及距離，可以對閃電發(fā)展趨勢做相應(yīng)的分析，但這只是一種事后的記錄，可進行相應(yīng)的結(jié)果分析卻無法進行雷電預(yù)警。兩者進行結(jié)合，在機場預(yù)警，航線飛行安全，航空設(shè)備防雷保護中可起到有效的防范作用。經(jīng)過一段時間的實用檢驗，使用人員發(fā)現(xiàn)該雷電預(yù)警方法也存在一定的局限性。這主要是由于天氣變化的多樣性和不可預(yù)知性，任何對天氣現(xiàn)象發(fā)展的預(yù)測都只能是一個概率性的判斷，不可能做到完全準確。而且由于噪聲干擾等方面的原因，該系統(tǒng)也存在誤告警的情況，給氣象預(yù)報工作造成一定的影響。

　　4.4未來應(yīng)用開發(fā)建議

　　大氣電場儀能夠?qū)�雷電進行有效告警，閃電定位儀可對已發(fā)生閃電進行有效記錄，但這并不能告知使用者雷電將會發(fā)生在哪個具體區(qū)域，對于機場這樣的小范圍區(qū)域應(yīng)用則需要精確定位。由以上分析可知，天氣多普勒雷達可探測強回波區(qū)域，該區(qū)域發(fā)生雷電現(xiàn)象的幾率很大，將雷達與雷電預(yù)警系統(tǒng)進行有效結(jié)合能更準確預(yù)測雷電的發(fā)展。而對于航路飛行中的航空器，融合進導航雷達的信息，也能對飛行安全提供有效的預(yù)警服務(wù)。

　　5結(jié)論

　　基于大氣電場與閃電定位技術(shù)的雷電預(yù)警方法作用明顯，已應(yīng)用到越來越多的行業(yè)領(lǐng)域，其中在民用航空領(lǐng)域中的應(yīng)用更是得到了國內(nèi)外民航業(yè)的重視。該雷電預(yù)警方法能有效的對雷電現(xiàn)象進行預(yù)警，使相關(guān)人員和設(shè)備提前做好防范雷電災(zāi)害準備，給航班飛行安全提供強有力保障；但其使用中的某些方面的局限性仍有待技術(shù)研發(fā)人員進一步的完善。

　　參考文獻

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